Les déchets radioactifs sont-ils une menace pour notre environnement?

Le retraitement des déchets nucléaires

En France, les combustibles usés ne sont pas considérés comme des déchets. Leurs constituants sont séparés les uns des autres en vue d’appliquer à chacun le mode de gestion qui leur convient le mieux : cette première étape est le triage. Ensuite suivant leur toxicité, leurs propriétés chimiques et leur état physique, certains radionucléides peuvent être recyclés (l’uranium et le plutonium ), les autres et les plus toxiques ( à radioactivité à vie longue ) en particulier sont transmutés en noyaux à vie radioactive courte ou dans le meilleur des cas en noyaux stables.

1°) le triage

A la très grande diversité des propriétés chimiques des éléments formés dans le combustible nucléaire et de leur état physique ( oxydes mais aussi métaux et gaz ) , se rajoute une extrême variété des propriétés radioactives d’une centaine de nucléides présents ( stables , radioactifs, émetteurs alpha bêta ou gamma , des périodes courtes à très longues ).

Cette multiple diversité confère sa complexité à la gestion à court et à long terme. C’est pourquoi tous les pays n’ont pas optés pour le retraitement des déchets ; ainsi en Suède et aux Etats-Unis les combustibles usés sont considérés comme des déchets et sont directement stockés après leur retrait du réacteur. Les pays ayant choisi d’avoir une usine de retraitement sont la France, la Grande Bretagne , la Russie et le Japon. D’autres pays comme l’Allemagne, la Suisse et la Belgique font retraiter dans d’autres pays ( notamment en France).

Les usines de retraitement dans le monde:

Sur ce tableau, on observe que la Russie retraite en beaucoup plus grande quantité que les autres pays ses déchets, elle en produit donc aussi énormément.

En ce qui concerne la France en particulier, la loi Bataille de 1991 demande non seulement d’étudier le stockage en formation géologique, étude confiée à l’ANDRA ( Agence Nationale pour la Gestion des Déchets Radioactifs ), mais aussi d’explorer les possibilités de transmutation et d’un entreposage de longue durée.

A la sortie du réacteur un premier tri est effectué pour séparer les matières recyclables de celles non récupérables. En effet le combustible nucléaire usé est composé à près de 96% de matières présentant un potentiel énergétique valorisable : uranium et plutonium.

courbes représentant la radiotoxicité des combustibles usés en fonction du temps:

On remaque que le plutonium (courbe violette) a une trés forte toxicité qui reste encore plus élevée que le minerai d'uranium initial au bout de 100 000 ans, il est trés radiotoxique et le reste pendant une trés longue période.Il en est de même pour les actinides mineurs (courbe verte) .Les produits de fission (courbe rouge) ont eux aussi une trés forte toxicité qui diminue trés fortement pendant 1000 ans puis se stabilisent.Mais ils restent moins dangereux que le plutonium ou les actinides mineurs,car leurs toxicité n'est trés élevée que sur une courte période.

Aujourd’hui en France, la stratégie de traitement des combustibles usés appliquée consiste à séparer l’uranium et le plutonium des autres radionucléides : actinides mineurs et produits de fission. Cette étape s’effectue en France à la Hague par la COGEMA . C’est ici que le procédé Purex s’effectue depuis plus de vingt ans.

Procédé Purex : aujourd’hui le traitement des combustibles repose pour l’essentiel sur le procédé hydrométallurgique Purex ( Plutonium Uranium Refining by EXtraction) mis en œuvre à l’usine COGEMA de la Hague dans la Manche. Le combustible est dissout dans de l’acide nitrique bouillant. L’uranium et le plutonium sont par sélection extraits par un solvant : le phosphate tributylique ( TBP ).Avec cette méthode le taux de récupération est proche de 99,9%.

Cependant les déchets restant : actinides mineurs et produits de fission représentant l’inventaire radioactif le plus toxique avec le plutonium sont négligés dans cette méthode et se voient une fois cette étape terminée calcinés et mêlés à deux cents kilos de verre. C’est dans cette matrice qu’ils sont entreposés sur place dans des conteneurs métalliques insérés sans des puits spécialement aménagés.

Pour les éléments auquel le procédé Purex n’offre aucune possibilité de séparation, les recherches visent à concevoir des étapes complémentaires:

2°)le combustible MOX

Le principe de la transmutation appliqué au traitement des déchets consiste modifier les noyaux d’élément à vie longue afin de les transformer en corps stables ou durée de vie nettement plus courte ou présentant une radio toxicité moindre. Capable de réduire significativement la quantité et la nocivité à long terme des déchets ultimes produits par l’énergie nucléaire , l’opération constitue comme le triage une voie importante dans la recherche sur la gestion des déchets à vie longue et haute activité.

Avant même de s’occuper des actinides mineurs et des produits de fission à vie longue, il s’agit dans un premier temps de recycler le plutonium potentiellement valorisable . L’étape suivante est de transformer les noyaux radioactif à vie longue des déchets nucléaires en noyaux à vie courte voire stable.

Le recyclage du plutonium

Représentant l’inventaire radioactif le plus toxique, une solution s’est depuis plusieurs années proposée pour le plutonium. A la sortie du réacteur, les matières potentiellement recyclables représentant 96% du combustible usé servent à fabriquer un combustible mono recyclé : le combustible MOX ( Mélanges d’OXydes Uranium et de Plutonium ). Sa capacité à se fissionner en fait un choix de premier ordre pour la production efficace d’énergie ( une pastille de MOX de 6g a la même valeur énergétique qu’ une tonne de charbon)

Après sa séparation des autres radioélément effectuée selon procédé Purex , la première phase de sa fabrication consiste à mixer et homogénéiser les poudres d’oxydes de Plutonium et d’Uranium jusqu’à l’obtention du mélange souhaité . La poudre ainsi obtenue est pressée sous forme de pastilles cylindriques. Les pastilles sont passées dans des fours à environ 1500°C. La composition des pastilles est ainsi semblable à de la pierre, un matériau extrêmement résistant et très stable.

Les pastilles sont mises aux dimensions requises et insérées dans des crayons combustibles vides. Ils sont soudés de façon à les rendre étanches. Les crayons sont ensuite assemblés sous forme d'assemblages MOX.

assemblage MOX

Les assemblages sont entreposés avant leur transport jusqu'à la centrale nucléaire pour utilisation. A l’heure actuelle, seul le combustible MOX permet de consommer les stocks de plutonium et d’en limiter l’accumulation . Malgré cela, la plupart des réacteurs l’utilisant sont en Europe : l’Allemagne (10 réacteurs ), la France (20) et la Suisse (3) l’utilisent depuis de nombreuses années , la Belgique plus récemment en présente 2. Ainsi en 2010, de l'ordre de 70 réacteurs devraient être "moxés", notamment au Japon et aux Etats-Unis.

Schéma récapitulatif présentant le cycle du combustible usé

(les déchets havl ne peuvent pas être recyclés donc ils sont stockés)